هذه الورقة اختيرت لتكون موضوع غلاف مجلة أداء المواد
التفاعل بين موانع التآكل وموانع الترسبات - الجزء الأول: منع الترسبات، مجلة أداء المواد
يونيو 2021
كوي وانغ وحسن علي الأجود
المترجم : عدنان احمد الحاجي
المقالة رقم 108 لسنة 2022
Interplays Between Corrosion and Scale Inhibitors—Part I: Scale Inhibition، Materials Performance Magazine
June 2021
Qiwei Wang and Hassan Al-Ajwad
موانع التآكل والترسبات الملحية غالبًا ما تستخدم معًا «بالتزامن» في منشآت إنتاج ومعالجة النفط والغاز. التفاعل / التداخل بين هذين النوعين من الموانع معًا قد يكون لهما تأثير سلبي كبير في نجاح برنامج المعالجة الكيميائية لهذه المنشآت.
أثبتت هذه الدراسة أن التأثير المضر لموانع التآكل على أداء موانع ترسبات كربونات الكالسيوم «CaCO3» الملحية محدود جدًا. وما حصل هو العكس، حيث وُجد أن بعض المواد الكيميائية المانعة للتآكل فعالة لمنع ترسب كلسات كربونات الكالسيوم بتركيزات عالية.
الصورة: الترسبات الملحية تضيق من قطر الانبوب وتحد من التدفق
التآكل والتكلس يمثلان مشكلتين رئيسيتين لضمان التدفق تواجهما العديد من أنظمة إنتاج النفط والغاز[2] ,[1] . وقد تقللان الإنتاجية وترفعان من تكاليف الصيانة وتؤديان إلى فشل سابق لأوانه في المعدات والأجهزة وتوقف للانتاج غير المجدول. على الرغم من استخدام استراتيجيات مختلفة للتقليل من تأثير التآكل ومنع تراكم التكلسات، فقد ثبت أن استخدام المعالجة الكيميائية، مثل مانع الترسبات الوصيدي[4] ,[3] ومانع التآكل المكوِّن لغشاء حول المادة المراد منعها من التآكل، من بين أكثر الاستراتيجيات فعالية من حيث التكلفة في معظم التطبيقات / الاستخدمات [5] - [7] .
الشكل : عملية التآكل / الصدأ
يعتمد كل من منتجات موانع التآكل والترسبات الملحية على المؤثرات السطحية surfactants «وهي مركبات كيميائية تخفض من التوتر السطحي بين سطحي سائلين[8] » ويعتمد أداؤها على آليات الامتزاز / الإدمصاص[9] . موانع الترسبات الملحية هي مركبات عضوية أنيونية anionic لديها مجموعات وظيفية فوسفاتية أو كربوكسيلية، مثل الفوسفونات الأمينية amino phosphonates وإسترات الفوسفات phosphate esters وبلمرات الفوسفينو phosphino polymers والبولي كربوكسيلات polycarboxylate والبولي سلفونات polysulfonates. لهذه المجموعات الأنيونية انجذاب قوي مع الكاتيونات الأرضية القلوية والتي يحدث لها ادمصاص على مواقع sites نمو بلورات المادة المترسبة، مما يؤدي إلى إيقاف أو تأخير عملية تكوًن الترسبات. موانع التآكل المستخدمة في حقول النفط، بشكل عام، هي مركبات كاتيونية خافضة للتوتر السطحي لها بنية جزيئية مزدوجة الألفة[10] تتكون من مجموعة رأس قطبية ومجموعة ذيل هيدروكربونية غير قطبية. مجموعات الرأس القطبية تمكِّن من ايجاد رابطة بين جزيئات المانع وسطح الفولاذ، إما عن طريق الادمصاص / الامتزاز الكيميائي[9] أو عن طريق الامتزاز الفيزائي[11] ، مما يشكل غشاءً رقيقًا على المستوى الجزيئي لحماية المعدن الأساس من الماء المسبب للتآكل.
فرضية التداخل بين موانع التآكل والترسبات موجودة منذ زمن طويل[12] - [13] . من المعقول أن نفترض أن الامتزاز المتزامن للمانع والمادة المترسبة، مثل تفاعل مانع التآكل مع سطح بلورة المادة المترسبة أو امتزاز جزيئات موانع الترسبات على سطح معدني، يمكن أن يغير أداء المانع ويقلل من كفاءة المعالجة الكيميائية. وفي الوقت نفسه، قد يؤثر غشاء مانع التآكل على المعدن وأسطح بلورات المادة المترسبة في عمليات ترسب المواد الملحية وتراكمها. بالإضافة إلى ذلك، بإمكان موانع الترسبات الملحية الأنيونية وموانع التآكل الكاتيونية أن تشكل متراكبات complex كيميائية قابلة للذوبان في الماء لها سلوك امتزاز مختلف، وبالتالي ينتج عن ذلك أداء موانع «تآكل / ترسبات» مختلف.
على الرغم من التأثير المحتمل في المعالجة الكيميائية، نادرًا ما تجرى دراسة هذه التداخلات[14] - [16] . تجرى التقييمات المعملية عادةً في عدم وجود موانع أخرى أثناء عملية الفحص الكيميائي. في هذه الورقة، توصلنا إلى نتائج مختبرية عن التفاعل بين اثنين من موانع الترسبات الملحية واثنين من موانع التآكل. يعتبر هذا الفحص جزء من دراسات اختيار موانع كبميائبة هي الأفضل في فئتها لنظام إمدادات المياه. تستخدم المياه الجوفية لحقن المياه في آبار الزيت واستخدامات حقول النفط الأخرى. موانع التآكل تستخدم لحماية أنابيب الآبار من التآكل الذي يسببه ثاني أكسيد الكربون «CO2»، وتحقن موانع الترسبات لمنع ترسب كربونات الكالسيوم «CaCO3» في المضخات المغمورة الكهربائية. الجزء الأول من هذه الدراسة يلخص نتائج فحص موانع الترسبات الملحية، أما أداء موانع التآكل سينشر في الجزء الثاني من هذه الدراسة.
الباحث حسن علي الأجود
ملخص الدراسة
كجانب من جوانب الدراسة لتجلية التفاعل بين المواد الكيميائية المستخدمة في حقول النفط، أجريت الاختبارات في المختبر باستخدام طريقة الأنبوب الديناميكي الحاجز للتحقق من تداخل الأداء المحتمل لمانع التآكل مع مانع الترسبات الملحية. أفادت نتائج الاختبار التي توصلنا إليها أن التأثير يعتمد على الخاصية الكيميائية لمانع التآكل وتركيزه. مانع التآكل المصاغ من مركبات الأمونيوم الرباعية أظهر تأثيرًا ضئيلًا على تكوِّن ترسبات كربونات الكالسيوم CaCO3 مما اظهرته فعالية الموانع المصاغة من الفوسفونات والبولي أكريلات المستخدمة لنفس الغرض. بالنسبة لمانع التآكل المصاغ من الإيميدازولين، وجدنا أنه يقلل بشكل طفيف من أداء مانع الترسبات بتركيز متوسط «50 جزء في المليون»، ولكنه قادر على منع ترسب كربونات الكالسيوم عند التركيز العالي «500 جزء في المليون». يمكن أن تكون خاصية مقاومة الترسب لها علاقة بغشاء مانع التآكل المتكوِّن على السطح المعدني، مما يقلل من التصاق جزيئات كربونات الكالسيوم المترسبة في عموم المحلول. هذه الفرضية مدعومة بنتائج اختبار التآكل التي ستنشر في الجزء الثاني من هذه الورقة.
